ICHEAS 8TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON HEALTH, ENGINEERING AND APPLIED SCIENCES, Rome, Italy, 15 - 17 November 2024, pp.335-343, (Full Text)
Alumina
is one of the advanced technology ceramics widely used in many strategic areas
such as automotive, aerospace, defense and biomedical. Among the material
properties of alumina, various features such as high wear, hardness and
corrosion resistance can be shown. Since they are used in critical areas such
as cutting tools, dental implants as medical applications and electrical
insulation parts, the mechanical properties and structural durability of
alumina are of great importance. When alumina is produced in foam form, it
finds applications in many areas such as thermal insulation, fire retardancy,
sound insulation, catalysts, and biomedical applications. It is very important
to model the mechanical properties of these foam materials in advance depending
on the amount of porosity before the experimental study. In this study, the
variation in the elastic modulus of foam material with randomly distributed
pores of different sizes was investigated using the Abaqus finite element
software. Two-dimensional models with dimensions of 2x2 mm², containing pores
of sizes 0,15, 0,25, and 0,35 mm, were modeled at porosity levels of %15, %20,
and %25. A deformation of 0,05 was applied to the models, which were fixed at
one edge. In the study, an algorithm was written to randomly generate the pore
distribution. The algorithm produces stochastic results by creating different
distributions even at the same pore ratios for each run. As a result of the
study, the elastic modulus decreased by %61 for the model containing %25
porosity with a pore diameter of 0,35 mm. However, when the pore diameter was
increased from 0,15 mm to 0,25 mm, it was observed that the elastic modulus
value decreased by %0,87, provided that the porosity ratio remained constant.
In addition, it was concluded that the elastic modulus value decreased when the
porosity ratio increased while the pore diameter was constant. As a result, it
was determined that the elastic modulus value changed depending on the pore
distribution, size and density.
Alümina
otomotiv, havacılık, savunma ve biyomedikal gibi birçok stratejik alanda yaygın
kullanılan ileri teknoloji seramiklerinden biridir. Alüminanın malzeme
özellikleri arasında yüksek aşınma, sertlik ve korozyon direnci gibi çeşitli
özellikler gösterilebilir. Kesici uçlar,
tıbbi uygulama olarak diş implantlarında ve elektrik yalıtım parçaları gibi
kritik alanlarda kullanıldıkları için, alüminanın mekanik özellikleri ve
yapısal dayanıklılığı büyük önem taşımaktadır. Alümina köpük formda
üretildiğinde ısı yalıtımı, yangın geciktirme, ses yalıtımı, katalizör,
biyomedikal vb. birçok uygulamada kullanım alanı bulmaktadır. Bu köpük malzemelerin
deneysel çalışma öncesi gözenek miktarına bağlı olarak mekanik özelliklerinin
önceden modellenmesi oldukça önemlidir. Bu çalışmada rastgele dağılmış farklı boyutta gözenek içeren
köpük malzemenin elastik modülünde meydana gelen değişim Abaqus sonlu elemanlar
yazılımında incelenmiştir. 0,15, 0,25 ve 0,35 mm boyutunda gözenek içeren 2x2
mm2 ölçülerinde iki boyutlu modeller %15, %20 ve %25 gözeneklilik
oranlarında modellenmiştir. Bir kenarından sabitlenen modellere diğer
kenarından 0.05 şekil değiştirme uygulanmıştır. Çalışmada gözenek dağılımının
rastgele oluşturulması için bir algoritma yazılmıştır. Algoritma her çalıştırma
için aynı gözenek oranlarında dahi farklı dağılımlar oluşturarak stokastik
sonuç üretmektedir. Yapılan çalışma sonucunda 0,35 mm gözenek
çapında %25 gözenek içeren model için elastik modül %61 oranında azalmıştır. Bununla birlikte
gözenek çapı 0,15 mm’den 0,25 mm’ye çıkarıldığında gözeneklilik oranı sabit
kalmak şartıyla elastik modül değerinin %0,87 azaldığı görülmüştür. Ayrıca delik
çapı sabit iken gözeneklilik oranı arttığında elastik modül değerinin azaldığı
sonucuna varılmıştır. Sonuç olarak elastik modül değerinin gözenek dağılımına,
büyüklüğüne ve yoğunluğa bağlı olarak değiştiği belirlenmiştir.